固结和回填灌浆介绍

29iiii以后。检查方法和合格标准(1)单孔注浆试验即向检查孔内注入水灰比为2:1的水泥浆，压力与灌浆压力相同，测量初始I0min内的注入浆量。若注入浆量不大于10L为合格，则灌浆工程质量合格。(2)双孔连通试验即在指定部位(通常应当是拱顶)布置2个间距为2〜3m的检查孔，向其中一孔注入水灰比为2:1的水泥浆，压力与灌浆压力相同，若另一孔出浆流量小于1L/min为合格。(3)检查孔及芯样检查。在拱顶钻检查孔获取岩芯，观察岩芯，必要时使用仪器或简易工具探测钻孔。若无脱空现象，浆液结石充填饱满密实，强度满足设计要求为合格。根据工程条件和要求可选用一种或两种检查方法。在实际工程中有时隧洞灌浆的工期很紧，回填灌浆完成以后，紧接着要进行围岩固结灌浆和别的工序，难以等待很长的待凝时间。在这种情形下，有的工程回填灌浆的质量检查通过分析资料解决，或安排在固结灌浆后进行补充检查。3围岩固结灌浆固结灌浆孔的布置和分序隧洞围岩固结灌浆孔的布置主要依据围岩状态，结合隧洞的大小、内外水压力等情况综合考虑确定。钻孔的方向除特殊情况需考虑岩石的层理或主要裂隙的方向外，般均按径向或垂直于衬砌表面布置。每一环（排）灌浆孔孔数不宜少于6个，在横剖面上保持均匀对称。灌浆孔的排距，对裂隙型岩石可为2〜4m。钻孔深入围岩的深度可为1倍隧洞洞径。在断层、破碎带等局部地段，孔排距应密一些，孔深也需要适当加大。图2-7-3为某工程引水隧洞针对不同条件的围岩的几种固结灌浆典型布置图。图2-7-3某工程引水隧洞围岩固结灌浆典型布置隧洞围岩固结灌浆孔的施工常采用按环间分序，环内加密的方法，环间可分为两序或三序。例如第1、3、5……环孔为I序孔，第2、4、6……环孔为H序孔。同一环（即同一序）孔的施工最好也应遵循间隔加密的原则（实际等于增加两序），也有的工程遵循由低到高依次进行的次序。钻孔与冲洗钻孔固结灌浆孔的孔径一般为38mm〜56mm,通常采用钻机直接钻透混凝土衬砌再钻入围岩。钻孔机械可用风动凿岩机、液动凿岩机、潜孔锤钻机以及其它类型的钻机。当混凝土衬砌中钢筋十分密集时，可在混凝土中预埋灌浆管（钢管或塑料管），也可在孔口预埋指示孔位的灌浆盒。预埋管内径比钻孔直径应大20mm以上。预埋管管口或灌浆盒要留有在拆模后便于寻找的标志，有的工程曾有埋管后因找不到管口而造成损失的教训。钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验固结灌浆孔钻进完成后，应使用大风量压缩空气或大水流进行钻孔冲洗，冲净孔内岩粉和泥渣。围岩固结灌浆一般可不进行裂隙冲洗。当有专门要求需要进行裂隙冲洗时，应安装循环式管路，使用压力水进行冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。灌浆前钻孔压水试验可选取少数孔（规范要求不少于总孔数的5%）进行，在裂隙冲洗后按单点法要求试验。其它孔可结合裂隙冲洗进行简易压水。各种裂隙冲洗和压水试验方法参见本章第五节。有些隧洞围岩地质条件差，岩层遇水后会软化，或带来其它不利影响，这就不能进行冲洗，也不能进行压水试验，甚至也不能灌注较稀的浆液。灌浆方法与压力围岩固结灌浆通常采用纯压式灌浆法。当灌浆孔基岩段长度小于6m时，可全孔一次灌浆，基岩段较深或不良地质地段的灌浆孔宜分段灌注。各灌浆孔宜单独进行灌注，由隧洞底部开始两侧对称向上进行。在地层均匀、注入量较小的地段可进行并联灌浆，但并联孔应位于同一环上对称分布，孔数不宜多于3个。并联灌浆是指用一台灌浆泵采用并联方式同时对2个或多个灌浆段进行灌浆（图2-7-4）。固结灌浆压力的大小取决于隧洞围岩的性质、埋藏条件、完整程度以及衬砌形式，在有压隧洞中与作用水头有关。我国水工隧洞固结灌浆所用压力大多在1・5〜2・0倍内水压力范围内。图2-7-4并联灌浆示意图灌浆浆液固结灌浆通常采用纯水泥浆液。可采用普通硅酸盐水泥；当地下水具有侵蚀性时，应采用抗侵蚀水泥；水泥的强度等级可为等于或大于32.5。浆液水灰比可采用2:1、1:1.0.6或0.5:1,由稀至浓灌注。灌浆结束条件与封孔围岩固结灌浆各灌浆段的灌浆结束条件为：在设计压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注30min即可结束。当采用多孔并联灌浆时，有的工程结束条件适当放宽（注入率稍大）。但也有的工程坚持同样的条件，理由是并联孔通常是注入率小的孔。固结灌浆孔灌浆结束后应妥善封孔。常用的封孔方法有：（1）全孔灌浆封孔清除灌浆孔内积水和污物，将灌浆塞塞于孔口，采用0.5：1水泥浆和允许最大灌浆压力，对该孔进行纯压式灌浆，持续90〜120min。为提高效率，可一环孔（6〜10孔）串联施工（图2-7-5）。此法封孔质量好，适用所有固结灌浆孔和检查孔的封孔。所有灌浆后孔口依然渗水的灌浆孔应当采用这种方法封孔，隧洞上半圆的倒孔也宜采用这种方法封孔。有的孔一次封不好，可以扫孔后再次封，可以采取屏浆和闭浆措施。净孔内污物，向导管内泵入0.5：1水泥浆，置换出孔内积水，待浆液凝固即可。也可用砂浆代替水泥浆。此法适用于隧洞下半圆孔口不渗水的灌浆孔。需要特别注意的是，绝对禁止不通过导管直接从孔口倒入封孔浆液，那样孔下部的积水或稀浆不能置换出来，留下了可能渗水的通道。（3）砂浆枪封孔清除灌浆孔内积水和污物，使用砂浆枪将预拌好的灰砂混合物（水：水泥：砂=0.3:1:1）喷射入孔内，直至孔口。此法适用于孔深不大于5m的、孔口不渗水的灌浆孔。（4）人工投入砂浆或水泥球封孔清除灌浆孔内积水和污物，人工向孔内投入用稠水泥浆或砂浆搓制的泥球，并用木棍或钢筋分层捣实，直至孔口。此法适用于孔深不大于3m、钻孔方向向下或倾斜角度不大、孔口不渗水的灌浆孔。（5）孔口处理采用以上方法，特别是（1）、（2）法封孔后，待浆液析水凝固，孔口还会留下少许空余段，需要使用干硬性水泥砂浆填满压实抹平。封孔用水泥应与灌浆水泥相同，并宜加入减水剂、膨胀剂，以改善浆液、砂浆的施工性能，提高浆液结石的抗渗防裂能力。减水剂和膨胀剂的掺用方法参照商品说明进行试验确定。灌浆工程质量检查围岩固结灌浆工程质量检查，一般情况下可采用钻检查孔进行压水试验的方法，试验为单点法。有条件时宜测定围岩灌浆前后的弹性波波速或弹性（变形）模量。重要的地质条件复杂地段也有采用声波、地震波或电磁波CT层析成像的。压水试验检查的时间应在该部位灌浆结束3d以后，有条件时宜在7d以后。检查孔的数量不宜少于灌浆孔总数的5%。检查孔布置的原则可参见本章第六节6.1.1。当进行压水试验检查时，试验采用单点法，压水压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。合格标准为：85%以上试段的透水率不大于设计规定，其余试段的透水率不超过设计值的150%，且分布不集中。我国多数水工隧洞围岩固结灌浆采用的透水率标准为3Lu，承受高压的引水隧洞有的为1Lu或小于1Lu。当进行岩体弹性波波速测试时，检查时间应在灌浆结束14d以后；当进行岩体弹性（变形）模量测试时，检查时间应在灌浆结束28d以后。弹性波测试可采用单孔声波法和跨孔声波（或地震波）法，常用的仪器有型岩石声波参数测定仪、道和道地震仪等。一般需要测定灌浆前和灌浆后的波速，以对比经过灌浆以后岩体性能改善的程度。进行弹性波测试的技术要求可遵照《水利水电工程物探规程》弹性模量（或变形模量）的测试常采用钻孔膨胀计法。试验的技术要求可遵照《工程岩体试验方法标准》和6水利水电工程岩石试验规程》执行.隧洞围岩经固结灌浆后弹性波和弹性模量应当达到的指标或应提高的比例，因岩石性质和工程要求各有不同，应当具体工程具体确4高压固结灌浆近年来由于一批高水头和长距离引水电站，特别是抽水蓄能电站的兴建，隧洞高压固结灌浆已在不少工程中应用。但由于各工程情况不同，施工要求及方法差别较大，因此本节仅提出一般要求，同时介绍几个工程实例以供参考。一般要求进行高压固结灌浆既要满足一般固结灌浆的要求，又具有以下的特殊要求。（1）由于需要进行高压固结灌浆的隧洞工程技术条件和要求差异较大，灌浆工程的技术也较为复杂，因此设计和施工前应当进行现场灌浆试验，以确定适宜的工艺参数和灌浆后可能达到的技术指标。（2）与普通固结灌浆较多采用全孔一次灌浆法不同，高压固结灌浆应当分段进行，即使孔深不大（如W5m），也应当分成2段灌浆。通常是靠近衬砌的孔口段以较低的压力先灌，之后以较高的压力灌注孔底段（或全孔）。（3）隧洞高压固结灌浆一般钻孔浅（通常不大于10m）、孔数多，不便安设孔口管进行孔口封闭，需要使用灌浆塞阻塞隔离孔段，灌浆塞必须承受高压，普通的灌浆塞不能满足要求，因此要使用高压灌浆塞。我国的几座水电站引水隧洞曾经使用了法国制造的胶囊式灌浆塞和自行研制的灌浆塞。灌浆泵和管路系统也应能满足在高压力下工作的要求。灌浆泵应当配备稳压器，减小灌浆压力的波动。天生桥二级水电站引水隧洞不良地质段高压固结灌浆工程概况及灌浆要求天生桥二级水电站3条引水隧洞各长9.7km，钢筋混凝土衬砌内径一般为9.8m，局部8.7m，衬砌厚度一般为0.4m,不良地质段最大加厚至1.55m。沿线主要岩层为三迭统灰岩和白云质灰岩，最大埋深800m，有许多洞段工程和水文地质条件复杂，岩溶发育强烈。为最大限度地加固围岩，确保隧洞安全运行，决定进行高压灌浆加固，最大灌浆压力初期确定为4MPa，后提高到6MPa。1号隧洞不良地质段高压固结灌浆加固钻孔的典型布置为每环15孔，孔深根据岩石的类别分别为6m、7.5m和8m。环距1.5m〜2.0m。每个灌浆孔还兼作锚杆孔，先进行高压固结灌浆，之后在每个孔中插入e28mm螺纹钢筋锚杆。主要施工方法钻孔为了加快施工进度使用了各式可用的钻机，包括风动导轨式凿岩机、风动潜孔锤钻机、回转式岩芯钻机，电动矿山钻机，钻机以及灌浆设备均安装在自制的电动钻灌台车上。个别不需要保持交通的洞段搭设满堂红架子平台。钻孔孔径适应钻机能力选用①50〜90mm。灌浆采用自上而下（由浅至深）分段纯压式灌浆，允许多孔并联。使用专门研制的机械式高压膨胀灌浆塞。灌浆分段和使用压力如表2-7-1。表2-7-1灌浆分段和使用压力（单位：MPa）灌浆次序第一段（0〜3m）第二段（3〜8m）I24II2.56灌浆材料使用42.5普通硅酸盐水泥，灌注溶洞时使用32.5级水泥。浆液配比自5:1至0.5:1,分六级变换。灌浆结束条件要求达到：注入率小于或等于0.5L/min后持续1.5h；达到设计压力后总灌注时间不少于2h。对于单孔或多孔并联灌注均适用此条件。为防止灌浆过程中压裂混凝土衬砌，在每一个灌浆单元（一个混凝土浇筑段，一般长15m）安设了一组抬动观测装置（图2-7-6）。天生桥二级水电站1号引水隧洞不良地质段共计1617m，完成高压水泥灌浆97684m，平均单位注入量131.4kg/m,插入锚杆12840根。灌浆后经布设5%的检查孔进行压水试验检查，透水率全部小于1Lu；重点加固部位的平均声波波速一般可提高到4500m/s以上，个别洞段在3800m/s以上。该工程于1992年2月至10月实施，是我国水工隧洞首次进行围岩高压固结灌浆的工程实例，至今已安全运行10年，效果良好。「।图2-7-6隧洞衬砌变形监测装置广州抽水蓄能电站高压引水道下平洞和岔管灌浆工程概况及灌浆要求广州抽水蓄能电站高压引水道由斜井、下平洞和岔管组成，采用钢筋混凝土衬砌。下平洞长215m，内径①8m；岔管段主管长62.845m，内径由e8m渐变至①3.5m。衬砌厚度均为60cm，混凝土抗压强度29.4MPa，抗渗等级W12，承受最大静水头610m，最大动水头725m。隧洞深埋於黑云母花岗岩中，大部分地质条件较好，为I、II类围岩。下平洞需进行顶拱回填灌浆和固结灌浆，岔管段进行回填灌浆、浅孔接触灌浆、帷幕灌浆和固结灌浆，均采用42.5级普通硅酸盐水泥灌注。岔管工程由美国哈扎公司担任设计咨询。回填灌浆的孔位系先利用浅孔接触灌浆或固结灌浆的0°孔（顶孔），1序孔孔距6m，最终孔距3m。其它类型的灌浆孔相互形成梅花形布置。浅孔接触灌浆主要用来处理混凝土与岩石间的接触缝，并加固围岩因爆破而产生的松动圈（广蓄多次实测深度为0.8—1.2m）,最终为高压灌浆创造条件，孔深2.5m,排距3m,每排10孔。固结灌浆原设计为入岩深度6〜8m,后因地质条件较好改为从混凝土面起算5m,排距3m,每排8〜10孔。对断层等部位增加了布孔。因衬砌布筋较密，所以在衬砌前对各种类型的灌浆孔均进行预先埋管，管径为e50mm和e75mm。主要施工方法下平洞灌浆依照先回填灌浆，后固结灌浆的次序进行，岔管灌浆依照回填灌浆、浅孔接触灌浆、帷幕灌浆、固结灌浆的先后顺序进行。回填灌浆分两个次序灌注；浅孔接触灌浆不分次序，从低孔开始往高孔顺次灌注；帷幕灌浆按排分序，排内由低到高逐孔灌注；下平洞固结灌浆不分序，由低到高逐孔灌注，每孔分成两段，先钻灌孔口段，后再加深灌注第二段；岔管段固结灌浆按照排间分序，排内加密（实际为4个次序），由低孔往高孔按序施灌。钻孔主要采用手风钻和阿特拉斯风动凿岩机进行，孔径①45mm。钻孔结束后利用钻机的风与水进行孔内清洗。压水试验在固结灌浆中分3个压力等级进行，即2.5、4.5和6.5MPa。前两级压力压水试验分别在I序5#、9#孔和^序2#、8井孔中进行，第3级压力压水试验在W序的5#和9#孔中进行，栓塞深入围岩0.6m处。各种灌浆均采用纯压式灌浆法，使用SGB6—10型灌浆泵，自制GJ200—1高速搅浆机，法国制造的RB42—2充气栓塞。浅孔接触灌浆要求一次性把所有的孔（或一区段内的孔）全部钻孔完毕才允许开灌。在灌浆过程中如果发生相互串浆现象，一般不予堵塞，而是把主灌孔移至串浆孔；若多孔相串则实行并联灌注。岔管固结灌浆采用了两种不同的灌浆方法，第一种系以往隧洞固结灌浆常用的方法，即钻I序孔至设计孔深，栓塞置于混凝土衬砌中，用2.5MPa灌浆压力施灌，然后用同样程序，以4.5MPa灌浆压力施灌n序孔。第二种灌浆方法是在第ni、w序孔中实施，即在H序孔灌浆结束后，钻ni序孔至设计孔深，每个孔再分为两个灌浆段：首先把栓塞置于岩石中1.5m处，用6.5MPa压力施灌远离衬砌段；该段灌浆结束后，若无浆液回流现象，则把栓塞起拔置于衬砌中，用4.5MPa压力施灌靠近衬砌的一段，若有浆液回流现象则待凝12h再予实施。然后用同样程序和灌浆压力施灌W序孔。根据计算和灌浆试验成果，岔管混凝土衬砌不能直接抵抗6.5MPa外水压力的作用，因此灌浆施工中必须谨慎使用高压。本工程采用的原则是：首先用低、中压灌浆固结内圈围岩，提高其抗外压能力，使其与衬砌联合受力能承担更高灌浆压力，然后对外圈围岩进行6.5MPa的高压固结灌浆。下平洞和岔管段各种灌浆的压力使用情况如表2-7-2。表2-7-2广蓄下平洞和岔管段各种灌浆的压力使用情况部位灌浆类型排号孔号灌浆次序孔深（m）段位（m）灌浆压力（MPa）下平洞固结5.00.6—2.53.02.5—5.06.5岔管接触2.51.0帷幕I6.0—12.02.0II6.0—12.04.5固结奇数奇数I5.02.5偶数II5.04.5偶数奇数III5.00.6—2.54.52.5—5.06.5偶数IV5.00.6—2.54.52.5—5.06.5灌浆时还注意灌浆压力的升速和升幅，视注入率情况加以调控。对浅孔接触灌浆，若注入率W30L/min采用一次升压法；对帷幕和固结灌浆，若注入率^30L/min,起始压力采用接触灌浆的最大压力，然后每5min升压0.5〜1MPa；固结灌浆由4.5MPa至6.5MPa阶段，规定每30s升幅为0.5〜0.6MPa。浆液配比采用51、：：：五级。起始水灰比在I、H类围岩采用，III、W类围岩采用：然后视注入率与压力的变化情况每注入逐级变换。灌浆结束条件为：不论何种灌浆，凡最大设计压力WMPa者，当注入率或0.41^皿时持续20min,即可结束；对最大压力要求达到6.5MPa者，当灌浆压力在MPa时20min内注入率或2.51加皿则升压至6.5MPa持续5min结束；若升压后岩石发生劈裂，则应将压力回降，并续灌至水泥总注入量达1t后结束。封孔采用微膨胀水泥砂浆封填。工程于1992年6月至12月实施，灌浆成果见表2-7-3。在灌浆过程中和灌浆结束后，对混凝土衬砌和围岩进行了监测。在环向28个应变测点中，受拉测点只有2个，测值为0的1个，其余25个测点均受压，岔管衬砌获得了平均约2.7MPa预压应力。灌浆过程中混凝土衬砌没有发生劈裂破坏现象。在岔管顶部钻设观测孔时，在远距洞顶18m处取出的岩芯中发现有胶结密实坚硬的水泥结石。表2-7-3下平洞及岔管灌浆成果表部位灌浆类别次序孔数（个）总孔深（m）灌浆段长（m）灌浆压力（MPa）注入水泥量总注入（kg）平均单灰（kg/m）下平洞固结0.6-2.55932965.01126.73.02836.12.52.5-5.01482.56.56068.74.1岔管接触243753.3607.51.01092.71.8帷幕I41343.5318.92.5246.00.8II42368.4316.24.579.30.3合计83711.9635.1325.30.5固结I71489.0426.42.5210.60.5II69460.2415.84.5102.90.25III50294.8189.84.5〜6.534.80.2IV51301.8194.737.10.2合计2411525.81226.7385.20.3灌浆后进行了压水试验，岔管段压水压力6.5MPa,压水44段，最大透水率为0.08Lu,37段为0。高压引水道充水后，597m水头稳压5天，在有关的漏水点测得总渗漏流量为0.84L/S。各方面情况表明高压灌浆是成功的。4.3天荒坪电站高压隧洞的灌浆施工工程概况与灌浆要求天荒坪抽水蓄能电站地下引水系统设2条斜井，长700m,内径/r/